計及配網(wǎng)有功無功協(xié)調(diào)運行優(yōu)化的SST 規(guī)劃方法

石季英，喬 文，薛 飛，馬 麗，楊文靜

(1. 天津大學(xué)電氣自動化與信息工程學(xué)院，天津 300072；2. 國網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院，銀川 750001；3. 國網(wǎng)天津東麗供電公司，天津 300300)

隨著高比例分布式電源(distributed generation，DG)的接入，配電系統(tǒng)正不斷向清潔能源驅(qū)動型系統(tǒng)轉(zhuǎn)變．但如何高效利用分布式能源，增強系統(tǒng)的柔性調(diào)控能力，是當(dāng)今電網(wǎng)亟待解決的問題[1]．固態(tài)變壓器(solid-state transformer，SST)是一種利用全控型電力電子器件實現(xiàn)能量管理和功率控制的變電裝置．其交直流多端口設(shè)計，可方便DG 的安全接入與靈活組網(wǎng)，同時兼具電壓調(diào)節(jié)、無功補償和潮流控制等功能，能夠有效應(yīng)對DG 接入帶來的諸多問題[2]．

目前針對SST 的研究主要集中在拓撲結(jié)構(gòu)、物理模型和控制方法上，較少有學(xué)者關(guān)注SST 在配電系統(tǒng)中的運行規(guī)劃問題．文獻[3]在傳統(tǒng)配網(wǎng)中建立SST 的穩(wěn)態(tài)運行模型．文獻[4]將SST 與有載調(diào)壓變壓器對比，證明了將SST 運用在主動配電網(wǎng)進行無功調(diào)節(jié)的優(yōu)越性．文獻[5-7]忽略SST 的控制方法，針對其外特性，構(gòu)建了基于SST 的無功優(yōu)化模型．文獻[8]提出一種以電壓偏移最小為目標(biāo)的功率-電壓協(xié)調(diào)控制方法．文獻[9-11]考慮SST 協(xié)調(diào)配網(wǎng)有功運行優(yōu)化問題，提出含SST 的交直流系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法．

以上研究表明，借助SST 的潮流調(diào)節(jié)、無功補償?shù)饶芰τ兄谔嵘渚W(wǎng)的運行控制潛力，但目前只涉及SST 與系統(tǒng)有功資源的協(xié)調(diào)運行．有別于輸電網(wǎng)，配網(wǎng)線路的有功和無功耦合性較強[12]，忽略無功運行，只對SST 參與協(xié)調(diào)配網(wǎng)單方面有功協(xié)調(diào)運行分析，是不夠全面的．充分協(xié)調(diào)SST 參與配網(wǎng)有功無功運行優(yōu)化，一方面，統(tǒng)籌系統(tǒng)的有功無功協(xié)調(diào)運行，可更精準(zhǔn)地對SST 進行運行調(diào)控，提高系統(tǒng)的柔性調(diào)節(jié)能力；另一方面，協(xié)調(diào)SST 的電能調(diào)節(jié)作用，進一步對系統(tǒng)的有功無功資源綜合調(diào)配，可以實現(xiàn)運行效益的最大化．

此外，較高的投資成本[2]也使得SST 在配網(wǎng)中的合理規(guī)劃顯得十分必要．然而目前只有文獻[13]考慮了SST 的規(guī)劃研究，其忽略系統(tǒng)運行優(yōu)化影響，提出一種單層規(guī)劃模型，證明SST 的規(guī)劃有益于改善線路過載和電壓過低情況．但該模型完全忽略了SST高成本帶來的經(jīng)濟影響，無法為SST 的實際工程規(guī)劃提供經(jīng)濟性理論指導(dǎo)．同時沒有考慮規(guī)劃結(jié)果與運行優(yōu)化之間的耦合關(guān)系，單層求解的規(guī)劃模型也限制了規(guī)劃結(jié)果的合理性．

本文計及SST 協(xié)調(diào)配網(wǎng)有功無功運行優(yōu)化，提出一種充分考慮模擬運行結(jié)果的SST 規(guī)劃方法．研究SST 穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，提出一種考慮負荷與分布式電源時序性的參數(shù)控制方法．充分協(xié)調(diào)配電網(wǎng)有功無功資源，研究了SST 協(xié)調(diào)配電網(wǎng)有功無功資源運行優(yōu)化策略．考慮SST 投資成本、環(huán)境效益和配電網(wǎng)運行成本，構(gòu)建了融合配網(wǎng)有功無功時序運行優(yōu)化的SST 雙層規(guī)劃模型，采用改進的主從式差分入侵雜草混合算法對運行層與規(guī)劃層解耦求解，計及協(xié)調(diào)有功無功運行對SST 規(guī)劃的積極作用，促進SST 規(guī)劃方案的合理性．

1 固態(tài)變壓器的穩(wěn)態(tài)模型

理想的SST 具有多個不同電壓等級的交/直流端口，其中交流端口主要連接交流子網(wǎng)、交流微網(wǎng)、交流負荷和交流型分布式電源；直流端口主要連接直流子網(wǎng)、直流微網(wǎng)、直流負荷和直流型分布式電源．與傳統(tǒng)變壓器相比，SST 增加直流端口設(shè)計，豐富了系統(tǒng)組網(wǎng)形式，同時在無功功率補償與諧波治理、故障隔離與環(huán)保運行等方面具有很大優(yōu)勢．針對多場景下交流負荷、直流分布式電源和直流儲能系統(tǒng)的接入情況，本文以SST 在雙交流系統(tǒng)及交直流系統(tǒng)連接模式下，研究其在配網(wǎng)中的優(yōu)化配置．理想多端口SST 的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型如圖1所示．

圖1 SST的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型Fig.1 Steady-state mathematical model of SST

設(shè)交流/直流端口共計k個，其中各端口的功率方程分別為

式中：i為配網(wǎng)節(jié)點；s為優(yōu)化場景；t為優(yōu)化時段；k為SST 的端口數(shù)(文中1 表示中壓交流端口，2 表示低壓交流或低壓直流端口)；rk,i和xk,i分別為換流器的等效電阻和電抗；αk,i＝arctan(rk,i/xk,i)；Yk,i=和分別為端口與系統(tǒng)交換的有功和無功功率；為交流端口側(cè)連接系統(tǒng)的電壓幅值；和分別為兩側(cè)VSC吸收的有功和無功功率；為交流端口側(cè)的端口電壓幅值；為SST 交流端口VSC 的調(diào)制角；為直流端口側(cè)轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的電壓賦值；為直流端口側(cè)轉(zhuǎn)換器與SST 的交換功率；為直流端口側(cè)的電壓賦值；為直流端口側(cè)的電流賦值；為直流端口轉(zhuǎn)換器的直流電壓比；rdck為直流端口損耗的等效電阻；Ф和Ψ分別為直流和交流端口集．

為保證運行穩(wěn)定，在SST 中壓交流端口采取定直流電壓控制(恒定)，低壓交流端口或低壓直流端口采取電壓控制(恒定或恒定)，即控制低壓交流或直流側(cè)電壓的相位與賦值．低壓交流端口輸入的有功和無功功率由交流負荷(和決定，低壓直流端口輸入的有功功率由多場景時序直流分布式電源或儲能系統(tǒng)決定在中壓交流端口側(cè)，SST 可以通過控制中壓交流端口的有功和無功出力，實現(xiàn)系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)與潮流控制，在低壓交流/低壓直流端口側(cè)，SST 可以通過控制低壓端口側(cè)的輸出電壓，實現(xiàn)低壓系統(tǒng)的電壓控制．

對于SST連接中壓交流與低壓交流系統(tǒng)的接入方式，由PWM 調(diào)制原理，可得

將式(8)代入式(1)～(3)，SST 低壓交流端口側(cè)的有功和無功功率表達式可以轉(zhuǎn)換為

由式(9)和式(10)對和進行求解得

由式(11)和式(12)對進行求解得

將式(13)代入功率平衡方程式(7)中，得到的函數(shù)表達式為

聯(lián)立式(1)、(2)、(8)和(14)，得到SST 中壓交流端口側(cè)有功和無功功率的函數(shù)表達形式為

對于SST連接中壓交流與低壓交流系統(tǒng)的接入方式，與恒定，只需控制調(diào)制比即可進行SST 中壓交流端口側(cè)與系統(tǒng)交換的有功和無功功率的時序調(diào)節(jié)．

對于SST連接中壓交流與低壓直流系統(tǒng)的接入方式，聯(lián)立式(5)～(7)可得

將式(17)代入式(3)和式(8)，得到的函數(shù)表達式為

聯(lián)立式(1)、(2)、(8)和(18)得到SST 中壓交流端口側(cè)有功和無功功率的函數(shù)表達形式為

同理，對于SST連接中壓交流與低壓直流系統(tǒng)的接入方式，與恒定，只需控制調(diào)制比即可進行SST 中壓交流端口側(cè)與系統(tǒng)交換的有功和無功功率的時序調(diào)節(jié)．

為保證穩(wěn)定運行，設(shè)置調(diào)制參數(shù)約束和功率約束方程[14]為

式中：是SST 的視在功率；和分別為SST 直流端口的端口功率上、下線約束．

2 計及有功無功協(xié)調(diào)運行的SST規(guī)劃方法

2.1 上層規(guī)劃模型

本文所提的SST 規(guī)劃方法既要確定SST 的安裝位置與容量，又要計算多時段各場景下配電網(wǎng)有功無功資源的最優(yōu)運行狀態(tài)．

上層規(guī)劃模型以年綜合費用最小為目標(biāo)函數(shù)，包括 SST 的等年值投資成本(年運維成本環(huán)境效益和配電網(wǎng)年運行成本(Cope)分別為

式中：CLoss、CGrid和Cξ分別為網(wǎng)損成本、主網(wǎng)購電成本和設(shè)備運行成本，包括微型燃氣輪機(MTG)、風(fēng)力機組(WTG)、儲能、需求響應(yīng)和電容器組；T為時間總數(shù)；N為場景總數(shù)；ΩSST為SST 的候選節(jié)點集；d為貼現(xiàn)率；p ( s) 為場景概率；y為SST 的經(jīng)濟使用年限；cSST為SST 的單位容量投資成本；η和γ分別為SST 的年運維系數(shù)和環(huán)境效益系數(shù)，環(huán)境效益由SST減少傳統(tǒng)變壓器油的污染產(chǎn)生，取負值；λi為傳統(tǒng)變壓器油轉(zhuǎn)換系數(shù)；β?為變壓器油的環(huán)境效益轉(zhuǎn)換系數(shù)；?為環(huán)境效益類別，以《排污費征收使用管理條例》為基準(zhǔn)核算，包括標(biāo)準(zhǔn)煤能耗、水質(zhì)、土壤、固體物和大氣污染；e?為能耗排污價格[15]．

SST 的安裝容量需滿足約束

式中：sSST為單位容量SST 的安裝容量；xi為安裝SST 單位容量的數(shù)量，用非負整數(shù)表示；SSST,i表示安裝SST 的容量；和分別為安裝容量上、下限.

2.2 下層規(guī)劃模型

下層模型基于上層傳遞的SST 規(guī)劃配置方案，優(yōu)化系統(tǒng)有功無功資源的協(xié)調(diào)運行，以配電網(wǎng)日運行成本最小為目標(biāo)，即

式中：e、eGrid、eMTG、eWTG、eEmi、eDR、eESS和eCB分別為售電價格、主網(wǎng)購電價格、MTG 發(fā)電價格、WTG發(fā)電價格、傳統(tǒng)火電排放價格、需求響應(yīng)運行價格、儲能運行價格和電容器投切價格；ΩBrence、ΩMTG、ΩWTG、ΩDR、ΩESS和ΩCB分別為配網(wǎng)支路集、MTG、WTG、柔性負荷、儲能和電容器組的安裝節(jié)點集；和分別為網(wǎng)損量、主網(wǎng)購電量、MTG 和WTG 的有功出力及需求響應(yīng)減少電量；為電容器組投切變量；為支路電流賦值；Rij為支路電阻．

下層除要考慮SST 的運行約束式(21)～(23)，還需考慮如下約束．

(1) 節(jié)點功率平衡約束為

(2) 配電網(wǎng)運行約束為

(3) MTG 運行約束為

(4) WTG 運行約束為

(5) 需求響應(yīng)約束為

(6) 儲能運行約束

(7) 電容器組運行約束為

2.3 主從式差分入侵雜草混合算法

差分入侵雜草算法(DEIWO)既結(jié)合入侵雜草算法(IWO)結(jié)構(gòu)簡單和魯棒性強的優(yōu)點，又利用差分進化算法(DE)克服陷入局部最優(yōu)，可用于非線性多元優(yōu)化問題的求解[16]．本文以待安裝SST 的節(jié)點位置和容量作為控制變量進行上層優(yōu)化，下層根據(jù)上層選定的配置方案進行配網(wǎng)有功無功協(xié)調(diào)運行最優(yōu)求解，上下層迭代求解，得到最優(yōu)運行結(jié)果下的最優(yōu)規(guī)劃方案．為縮短計算時間，采用主從式并行計算架構(gòu)，主處理器負責(zé)雙層模型的整體流程，先對上層雜草初始化，再分別發(fā)送給兩個子處理器，在不同的場景下進行下層運行最優(yōu)求解，并將下層結(jié)果返回到上層進行年綜合費用的計算，完成上層迭代優(yōu)化．具體求解流程如圖2 所示．

圖2 SST規(guī)劃流程Fig.2 Flow chart of planning model for SST

3 算例仿真與分析

3.1 算例概況與參數(shù)設(shè)計

采用改進的IEEE33 節(jié)點算例對所建雙層規(guī)劃模型進行分析驗證，如圖3 所示．系統(tǒng)接入的WTG、MTG 和儲能系統(tǒng)的基本配置參數(shù)如表1 所示．電容器組安裝在節(jié)點10 和節(jié)點27 處，其調(diào)節(jié)容量為200 kvar，調(diào)節(jié)步長為 10 kvar．此外，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和WTG 的相關(guān)參數(shù)詳見文獻[17]，MTG、儲能系統(tǒng)、需求響應(yīng)和分時電價的相關(guān)參數(shù)詳見文獻[18]，電容器組運行參數(shù)詳見文獻[19]．SST 相關(guān)參數(shù)如表2 所示[2,9,15]，選擇中低壓交流雙端口電壓變比為10 kV/400 V，選擇中壓交流低壓-直流雙端口電壓變比為10 kV/750 V，以4、7、12、14、16、24、28、29、30、32和33 節(jié)點作為SST 的待選位置．假設(shè)各節(jié)點風(fēng)速環(huán)境相同，根據(jù)典型日[17]風(fēng)速情況，采用拉丁超立方抽樣和后向場景消減法，建立風(fēng)機出力時序多場景模型，將各時段劃分為5 個場景，如圖4 所示．負荷運行曲線根據(jù)典型日歷史數(shù)據(jù)得到[19]．算例在Matlab R2016a 環(huán)境求解，主從式DEIWO 求解上下層規(guī)劃模型的最大迭代數(shù)均取值為50，算法其余參數(shù)詳見文獻[16，20]．

圖3 修改的IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)Fig.3 Modified IEEE 33-node distribution system

表1 系統(tǒng)配置相關(guān)參數(shù)Tab.1 Related parameters of system configuration

表2 固態(tài)變壓器的相關(guān)參數(shù)Tab.2 Related parameters of SST

圖4 風(fēng)電概率場景Fig.4 Schemes of WTG

3.2 規(guī)劃結(jié)果分析

設(shè)置4 種規(guī)劃方案如下.

方案1考慮SST 協(xié)調(diào)配電網(wǎng)單有功資源的運行優(yōu)化，對SST 進行雙層規(guī)劃．

表3 規(guī)劃結(jié)果與成本對比Tab.3 Comparison of planning results

方案2考慮SST 協(xié)調(diào)配電網(wǎng)單無功資源的運行優(yōu)化，對SST 進行雙層規(guī)劃．

方案3綜合考慮SST 協(xié)調(diào)配電網(wǎng)有功無功資源的運行優(yōu)化，對SST 進行單層規(guī)劃．

方案4綜合考慮SST 協(xié)調(diào)配電網(wǎng)有功無功資源的運行優(yōu)化，對SST 進行雙層規(guī)劃．

規(guī)劃結(jié)果和成本對比如表3 和表4 所示，表中所有成本均為等年率值．

3.2.1 SST 協(xié)調(diào)有功無功運行分析

對比方案1、2 和4 的規(guī)劃結(jié)果和各項成本，重點分析考慮SST 協(xié)調(diào)配電網(wǎng)有功無功綜合運行優(yōu)化對規(guī)劃模型的影響．

由表3 可知：①方案4 的年綜合費用比方案1 和2 分別減少了91.1 k$和21.8 k$，說明綜合考慮SST協(xié)調(diào)配網(wǎng)有功無功優(yōu)化運行提高了規(guī)劃結(jié)果的經(jīng)濟性；②相較于方案1 和2，方案4 的配網(wǎng)年運行成本分別減少了78.5 k$和28.0 k$，說明考慮SST 協(xié)調(diào)配網(wǎng)有功無功優(yōu)化運行，可充分協(xié)調(diào)SST 參與配網(wǎng)有功無功資源調(diào)度運行，減少配網(wǎng)運行成本，并積極作用于SST 的規(guī)劃結(jié)果，降低系統(tǒng)整體經(jīng)濟成本；③方案1 中SST 的投資成本比方案2 和4 分別提高3 倍和1 倍，其年綜合費用分別提高69.3 k$和91.1 k$，說明僅依靠SST 在配網(wǎng)中的無功調(diào)節(jié)能力，在SST 投資成本較高的現(xiàn)狀下，會導(dǎo)致配電網(wǎng)綜合經(jīng)濟成本較高；④規(guī)劃結(jié)果中，SST 接入系統(tǒng)的連接方式的主要選擇為中低壓雙交流系統(tǒng)的連接方式(代替?zhèn)鹘y(tǒng)配電變壓器)，其與中壓交流與低壓直流系統(tǒng)的連接方式(代替AC-DC 轉(zhuǎn)換器)相比，所實現(xiàn)的無功調(diào)節(jié)與經(jīng)濟效益優(yōu)勢更突出．

由表4 可知：①方案1 中的網(wǎng)損成本小于方案2、4，說明SST 在配電網(wǎng)中具有較強的無功調(diào)節(jié)能力，可有效減少系統(tǒng)網(wǎng)損，提高運行穩(wěn)定性；②方案1、4 的主網(wǎng)購電成本均小于方案2，這是因為方案2忽略了系統(tǒng)中DG、儲能系統(tǒng)與柔性負荷的有功調(diào)節(jié)，過度依靠主網(wǎng)購電維持系統(tǒng)有功所導(dǎo)致；③方案4 的總運行成本優(yōu)于方案1，說明充分協(xié)調(diào)系統(tǒng)有功無功資源運行優(yōu)化，有助于改善系統(tǒng)運行經(jīng)濟性，從而得到更優(yōu)的規(guī)劃方案．

表4 運行成本結(jié)果對比Tab.4 Comparison of operating cost results k$

方案1、2 和4 的日運行成本如圖5 所示，對比考慮單有功/單無功運行方案，方案4 綜合協(xié)調(diào)配網(wǎng)有功無功資源在峰時段的運行成本優(yōu)勢最為明顯，說明SST 協(xié)調(diào)配網(wǎng)有功無功運行可更好應(yīng)對DG 和負荷的波動性，降低系統(tǒng)運行經(jīng)濟成本．

選取運行日風(fēng)機出力第3 場景為例，方案1 在14 節(jié)點、方案2 在28 節(jié)點及方案3 在30 節(jié)點的SST 發(fā)出的無功功率如圖6 所示．由圖可知，方案4發(fā)出的無功功率最少，方案1 最多，說明SST 參與有功無功協(xié)調(diào)運行，可提高系統(tǒng)的潮流控制和電壓調(diào)節(jié)能力，降低SST 的無功補償壓力．

圖5 日運行成本Fig.5 Daily operating costs

圖6 SST發(fā)出的無功功率Fig.6 Reactive power injection of SSTs

為驗證SST 協(xié)調(diào)配電網(wǎng)有功無功優(yōu)化運行對電壓質(zhì)量的改善情況，以峰(19：00—20：00)、平(14：00—15：00)和谷(02：00—03：00)時段在第1 場景的運行結(jié)果為例，系統(tǒng)節(jié)點電壓的分布情況如圖7 所示．選取電壓分布最低的18 節(jié)點，其各時段的電壓偏差期望如圖8 所示．

從圖7 可以看出，SST 聯(lián)合系統(tǒng)有功無功運行優(yōu)化，在峰、平及谷時均可改善電壓偏差情況，有效緩解DG 和負荷的波動接入帶來的沖擊，其中峰時的優(yōu)化效果最為突出．值得關(guān)注的是，方案1 中SST 的規(guī)劃配置數(shù)量最多，其電壓運行偏差最小，證明了SST較強的無功調(diào)節(jié)能力．從圖8 可以看出，方案1 與方案4 的電壓幅值波動情況較方案2 得到改善，且方案1 與方案2 的最大偏差相差較小，說明在考慮經(jīng)濟規(guī)劃成本的情況下，SST 充分協(xié)調(diào)系統(tǒng)有功無功運行優(yōu)化可縮小電壓偏差，改善供電質(zhì)量，減少系統(tǒng)網(wǎng)損，進而積極作用于SST 的規(guī)劃結(jié)果．

3.2.2 運行-規(guī)劃雙層解耦模型分析

對比原系統(tǒng)、方案3 和4 的規(guī)劃結(jié)果與各項成本，重點分析運行層與規(guī)劃層解耦模型對規(guī)劃結(jié)果的影響．

圖7 系統(tǒng)電壓分布Fig.7 Nodal voltage profile

圖8 18節(jié)點的電壓偏差Fig.8 Voltage deviation of node 18

由表3 可知：①方案4 的年綜合成本比原系統(tǒng)減少了54.2 k$，方案3 比之減少了1.3 k$，表明受限于SST 的高昂投資成本，只有合理的SST 規(guī)劃方案才能充分實現(xiàn)系統(tǒng)整體的經(jīng)濟性能優(yōu)化；②方案3 和方案4 的配電網(wǎng)年運行成本比原系統(tǒng)減少了13.9 k$和106.6 k$，說明將SST 的無功補償和潮流調(diào)節(jié)能力應(yīng)用于配網(wǎng)協(xié)調(diào)運行，可提升系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性能；③方案4 比方案3 的年綜合費用減少了92.7 k$，表明本文模型充分考慮下層協(xié)調(diào)運行與上層規(guī)劃配置的相互作用，較單層規(guī)劃模型，更益于實現(xiàn)經(jīng)濟合理的規(guī)劃結(jié)果．

由表4 可知：①方案3 比方案4 的WTG 年運行成本增加了17.3 k$，說明雙層規(guī)劃模型相較于單層模型有助于增強系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，提高清潔能源的消納率．②與原系統(tǒng)相比，方案3 和方案4 的網(wǎng)損成本分別減少了45.6 k$和46.5 k$，說明SST 的規(guī)劃和應(yīng)用有助于調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功，改善系統(tǒng)電壓偏差；③方案3 與方案4 相比，除了系統(tǒng)網(wǎng)損和WTG 的年運行成本，其余運行成本明顯增高，導(dǎo)致總運行成本升高，說明單層規(guī)劃模型將規(guī)劃結(jié)果與運行結(jié)果統(tǒng)一求解，忽略規(guī)劃與運行的相互影響，不利于運行結(jié)果的充分尋優(yōu)，從而限制規(guī)劃結(jié)果的合理性．

方案3、方案4 和原方案的日運行成本如圖9 所示，雖然方案3 和方案4 的總運行成本均比原方案減少，但方案3 在部分時段的運行成本接近甚至超過原方案，說明運行優(yōu)化結(jié)果并未能實現(xiàn)最優(yōu)，而方案4在各時段運行成本均得到了降低，進一步說明在雙層模型中將規(guī)劃層與運行層解耦優(yōu)化，運行層尋優(yōu)能力比單層模型更強，更適合規(guī)劃結(jié)果的求解．

圖9 單雙層規(guī)化模型日運行成本對比Fig.9 Daily operating costs of single and bi-level planning models

為比較雙層規(guī)劃與單層規(guī)劃模型中SST 的無功調(diào)節(jié)、改善電壓偏差能力，以峰(19：00—20：00)、平(14：00—15：00)和谷(04：00—05：00)時段在第1 場景運行結(jié)果為例，節(jié)點電壓分布如圖10 所示．系統(tǒng)各時段的電壓最小值如圖11 所示．

圖10 單雙層規(guī)化模型系統(tǒng)電壓分布對比Fig.10 Nodal voltage profile of single and bi-level planning models

圖11 系統(tǒng)電壓最小值Fig.11 Minimum system voltage

從圖10 可以看出，在峰、平及谷時段，SST 的規(guī)劃運行均可實現(xiàn)電壓偏差的改善，有效緩解系統(tǒng)中DG 和負荷的接入帶來的沖擊．且雙層規(guī)劃模型中電壓波動最小，說明雙層模型中解耦優(yōu)化規(guī)劃層與運行層，可實現(xiàn)更優(yōu)的前期運行優(yōu)化，從而得到更合理的規(guī)劃結(jié)果．從圖11 可以看出，方案4 的電壓幅值波動情況得到了改善，電壓偏差總和相較原系統(tǒng)和方案3 分別減少了25%和18%．

4 結(jié) 論

本文融合SST 的運行特性、負荷及分布式電源的不確定性，研究了SST 在中低壓雙交流與中低壓交直流系統(tǒng)連接模式下的時序穩(wěn)態(tài)控制方法．計及SST 協(xié)調(diào)配電網(wǎng)有功無功運行優(yōu)化，考慮SST 的投資成本、環(huán)境效益和配網(wǎng)運行成本，建立了融合運行優(yōu)化結(jié)果的SST 統(tǒng)籌規(guī)劃模型．通過算例得到的結(jié)論如下．

(1) 本文方法可充分考慮協(xié)調(diào)主動配電網(wǎng)有功無功運行對SST 規(guī)劃的影響，相較于考慮單方面有功/無功運行和單層的規(guī)劃方法，其在運行經(jīng)濟性與安全性方面優(yōu)勢更突出，更易獲得合理的SST 規(guī)劃方案．

(2) 與中壓交流-低壓直流系統(tǒng)的連接方式相比，SST 在中低壓雙交流系統(tǒng)的連接方式下，其無功調(diào)節(jié)能力與經(jīng)濟效益更具優(yōu)勢．

此外，基于多端口靈活設(shè)計的SST 可選擇不同的接入節(jié)點和控制模式，本文僅針對SST 在中低壓系統(tǒng)連接方式下的無功補償和潮流調(diào)節(jié)能力進行配置規(guī)劃．如何在規(guī)劃模型中充分考慮配網(wǎng)復(fù)雜組網(wǎng)形式和更多柔性控制需求將是今后研究的方向．